پیش تنیدگی (Prestressing)

1- سرعت بالای اجرا.

۲- مقاومت بسیار زیاد در برابر خوردگی و زلزله.

۳- سهولت ایجاد بیشترین خروج از مرکزیت در تاندون ها

۴- کاهش نیروهای پیش تنیدگی ناشی از اصطکاک

مزایای پس کشیدگی:

انعطاف بيشتر در پلان:

به علت ماهيت درجا بودن عمليات پس‌كشيدگي و نيز قابليت نصب كابل ها در پلان و ارتفاع بصورت منحني قادر هستم هرگونه شكل را در پلان ايجاد کنیم. ساخت پلان هاي نامنظم نظير بيضي، دايره، قطعاتي از منحني، تركيب خطوط صاف و منحني كاملاً ميسر است و طراح می تواند طرحي با استفاده از عناصر معماري مدرن را به‌سادگي اجرا نماید.

به‌جهت امكان حركت كابلها در پلان و وجود نوارهاي تيري مدفون الزامي به در امتداد هم بودن محورهاي ستون ها نیست و توانایی ستون گذاري در محورهاي دلخواه (نه الزاماً روي محورهاي از پيش تعيين شده) را به طراح مي‌دهد. ايجاد كنسول هاي بزرگ و اجراي  لبه دال بصورت اشكال نامشخص از ديگر مزیت های شاخص اين روش است.

ضخامت دال کمتر:

به دليل در فشار قرارگرفتن بتن و وجود انحنا در کابل ها، پوشاندن دهانه با ضخامت کمتر نسبت به دال های بتن آرمه معمولی و یا سایر سیستم های رایج فراهم می باشد.

با دلیل تحت فشار قرار گرفتن مقطع عملاً، از مقطع بتني با راندمان بالاتر استفاده مي‌کنند به همين جهت قادر خواهیم بود ضخامت هالوکور (دال) بتني را با استفاده از اين روش تقريباً تا 30 درصد كاهش دهیم. كاهش ضخامت بتن دال مستقيماً بر ارتفاع كل ساختمان اثر دارد كه در نهايت به استفادة بهينه از ارتفاع منجر می شود. براي مثال مناطقي كه قيد محدود كننده ارتفاع و يا ضوابط مربوط به هرم مطرح است طبقات بيشتري احداث می کنند  و يا ارتفاع سازه‌هايي كه در خاك مدفون است را كمتر كرده و  حجم عمليات خاكبرداري را کاهش می دهند.

همچنين در پاركينگهاي طبقاتي از طول رمپ مسيرها كاسته شده به  فضاي مفيد پاركينگ افزوده مي‌ شود. علاوه بر مزاياي فوق كاهش ضخامت سقف باعث كاهش وزن سازه می شود كه به تبع آن عناصر باربر سازه‌اي مانند ستونها و ديوارها نيز براي همين  وزن كاهش‌يافته محاسبه مي شوند.

با توجه به كمتر شدن مقدار وزن سازه و همچنين كاهش ارتفاع ساختمان (كاهش در بازوي لنگر واژگوني) نيروهاي زلزله اعمال شده به سازه كاهش می یابد و درمجموع سيستم عملكرد بهتری در مقابل نيروهاي زلزله دارد.

حذف تیرها:

عبور کانالهای تاسیساتی با سهولت امکان پذیر است . به دلیل اینکه در این سیستم امکان حذف تیرها و آویزها وجود دارد، می توان سطح زیرین تخت را در اختیار طرح معماری قرار دهیم. همچنین پارتیشن بندی نیز بدون محدودیت قابل اجراست .

ارتفاع کف تا کف کمتر:

با توجه به کاهش ضخامت دال و حذف آویز تیرها قادریم ارتفاع کف تا کف طبقات را کاهش دهیم . این امر باعث کاهش ارتفاع ساختمان و کاهش مصالح مصرفی در ستون ،دیوار ، تیغه بندی ، نما و … می شود.

کاهش وزن ساختمان:

کاهش ضخامت دال ، حذف تیرها و کاهش ارتفاع کل ساختمان موجب کاهش وزن کلی ساختمان می شود. که خود باعث کم شدن ابعاد و اندازه سایر اجزای سازه ای می شود.

کنترل ترک و دوام بیشتر:

نیروی پیش تنیدگی باعث اعمال فشار دائمی به دال می شود و دال ها همواره تحت فشار هستند. لذا ترک های موجود دراین سیستم به حداقل می رسد . کاهش ترک ها باعث افزایش مقطع موثر بتن می شود  در حالی که در اعضای بتن آرمه معمولی بواسطه ترک خوردگی ، مقطع موثر بتن تحت بارهای بهره برداری کاهش می یابد .همچنین کاهش ترک مانع  نفوذ مواد خورنده به بتن شده و خوردگی فولاد کمتر می گردد در نتیجه دوام سازه افزایش می یابد .

کنترل تغییر شکل:

در سيستم پیش تنیده به علت تحت فشار قرارگرفتن بتن ترك هاي جزيي پس از كشيده شدن استرندها حذف شده و عوامل مخرب به داخل بتن كمتر نفوذ پیدا می کند.. لذا در مناطق با خطر خوردگي بالا در سازه از دوام بالاتري برخوردار میشود.

به دليل  نحوه خاص قرارگيري استرند در بتن و  ايجاد بار بالانس تغييرشكل هاي ثقلي كاهش پیدا می کند ،در اعضای بتن آرمه معمولی تغییر شکل با افزایش ابعاد مقطع کنترل می شود در حالی که در سیستم پیش تنیده با افزایش کابل ها و نیروی پیش تنیدگی امکان کنترل خیز وسط دهانه وجود دارد .

بهبود عملکرد لرزه ای:

سیستم های دال بتنی نسبت به سایر سیستم های پوشش سقف دیافراگم یکپارچه تری تشکیل می دهند که باعث بهبود عملکرد لرزه ای ساختمان می شود . تحقیقات مختلف در این زمینه نشان می دهد دال های پس کشیده با روش نچسبیده نسبت به دال های بتن آرمه عملکرد مناسب تری هنگام وقوع زلزله دارند.

کاهش ارتفاع کل ساختمان:

ضخامت دال ها در این سیستم کاهش پیدا می کند و امکان حذف تیر ها نیز هست، قادریم ارتفاع سازه را کاهش دهیم. طوری که در ارتفاع ثابت می توانیم از تعداد طبقات بیشتری استفاده نمود. این امر بخصوص در ساختمان های بلند مرتبه که با توجه به قوانین موجود محدودیت ارتفاع دارند ، بسیار پراهمیت می باشد.

ایجاد بازشوهای بزرگ و نامنظم در سقف:

انعطاف پذیری کابل ها ، امکان ایجاد بازشوهای بزرگ و نامنظم روی سقف فراهم می آورد ، در این سیستم نیاز به تعبیه تیر اطراف بازشوها نیست.

ستون گذاری نامنظم:

بر خلاف سازه های بتنی معمولی که ستون گذاری معمولا از آکس بندی منظم پیروی می نماید، در این سیستم امکان ستون گذاری بصورت نامنظم وجود دارد .

افزایش سرعت اجرا:

زمان اجرای یک دال پیش تنیده حدود 30% کمتر از دال بتن آرمه معمولی است.به دلیل حذف تیرهای میانی و آرماتور بندی دال ها، زمان اجرای دال پیش تنیده بسیار کمتر از دال بتنی معمولی است. از طرف دیگر بعد از اجرای عملیات کشش ، سقف بدون وجود قالب و شمع بندی ، خود ایستا می باشد و می توان قالب ها را در مدت زمان کوتاه تری باز نمود.

کاهش هزینه ها:

کاهش ضخامت دال، کاهش تعداد ستونها ، حذف تیرها و… باعث صرفه جویی در بتن و فولاد مصرفی می شود، و همچنین کاهش عملیات قالب بندی و آرماتور بندی  باعث کاهش هزینه های اجرایی می شود .کاهش هزینه های پيش‌تنيدگي بر دو بخش كاهش هزينه‌هاي مستقيم و كاهش هزينه‌هاي غير مستقيم تاثیر می گذارد.

مزیت های اقتصادی:

در دهانه‌هاي هفت‌متر به بالا استفاده از روشهاي پيش تنيدگي نسبت به استفاده از روشهاي معمول بتن‌آرمه اقتصادي‌تر خواهد بود.

استفاده از پيش تنيدگي بسته به مورد باعث كاهش ميزان مصرف آرماتور تا 65 درصد ، كاهش ميزان مصرف بتن تا 30 درصد  و در نهايت كاهش 10 تا 20 درصدي هزينه‌هاي مصالح مصرفي مي‌ شود. همچنين به كاهش سطوح قالب‌بندي به ميزان حدود  25 درصد و كاهش زمان اجرا بين 10 تا 20 درصد مي‌توان اشاره نمود كه مستقيماً موجب كاهش هزينه‌هاي نيروي انساني مربوط به پروژه مي‌شود

بطور معمول هزينة انجام عمليات اسكلت ساختمان بين 25 تا 35 درصد كل هزينه‌هاي ساختمان را پوشش مي‌دهد و مابقي هزينه‌ها مربوط به كف‌سازي ، تيغه‌بندي ، تاسيسات برقي و مكانيكي ، نازك‌كاري و ادوات داخلي خواهد شد. هرگونه اثري در عمليات اجرا اسكلت كه باعث كاهش حجم ساير عمليات اجرايي ساختمان گردد بطور غيرمستقيم در هزينه‌هاي تمام شده موثر است.

عواملي چون :كاهش ضخامت سقف و كاهش ارتفاع طبقات تا 10% از ميزان نما و تيغه‌بندي داخلي و خارجي، تاسيسات مكانيكي و برق و…  خواهد كاست كه اين رقم بين 5 تا 10 درصد در كل پروژه تاثير گذار خواهد بود.

عوامل ديگري مانند نياز كمتر سازه به تعمير و نگهداري، دوام بيشتر، كنترل تغييرشكل در زمان بهره‌برداري و به تبع  افزايش طول عمر مفيد ساختمان را نيز مي‌توان از ديگر مزیت های آن نام برد.

سرعت اجرای بیشتر نیز کاهش هزینه تجهیزات و نیروی انسانی را دارد. که به صورت کلی ساختمان هایی که در آنها از سیستم دال پس کشیده استفاده می شود حدود 10 تا 20 درصد نسبت به ساختمانی بتن آرمه ارزانتر می باشند.

استفاده از مصالح با مقاومت بالاتر در اعضاي كششي و تحت فشار قراردادن بتن كه موجب عملكرد بهينه بتن مي‌شود نتايج بسيار مطلوبي در دال هاي ساختماني دارد كه در ذیل به توضیح آن میپردازیم:

سيكل اجرايي كوتاه‌تر و سرعت در عمليات اجرا سازه:

استفاده از مصالح با مقاومت بالاتر (استرندها) باعث كاهش مصالح مصرفي، قالب‌بندي ساده‌تر، حذف تعداد زيادي از عناصر قائم نظير ستونها و حذف المان هاي افقي نظير تيرها باعث كمتر شدن نيروي انساني مورد نياز  جهت اجراي پروژه می شود،كه انجام عمليات ساخت را در زمان كوتاه‌تري میسر مي سازد. همچنین انجام عمليات كشش در استرندها را مي‌توان تا حصول درصدي از مقاومت بتن بصورت جزئي يا كلي انجام داد و زمان درگير بودن قالب ها را کاهش دهیم. به همین علت سيكل اجراي هر طبقه 10 تا 20 درصد كاهش می یابد كه خود باعث رضایت كارفرمايان و پيمانكاران می شود

مزیت های سیستم پس تنیدگی در ساختمان:

 مزیت های معماری:

•  سهولت و انعطاف پذیری در طراحی پلان و نما
•  ایجاد دهانه های بلندتر و وجود ستون های کمتر در سازه
• کاهش ارتفاع طبقات و کل ساختمان
• ایجاد کنسول های بلندتر و اجراي  لبه دال بصورت اشكال  نامشخص
• افزایش فضای مفید بهره برداری در سازه
• حذف آویز تیرها و امکان استفاده از سقف کاملاً مسطح
• قابلیت استفاده در پلان های نامنظم و منحنی شکل
•  ایجاد بازشوهای بزرگتر در سقف
•  استفاده از ستون های خارج از محور
• قابلیت بیشتر عبور لوله ها و ادوات تأسیساتی

امتیازات:

1.  استفاده از دهانه های بلند
2.  بهره گیری از سطح تخت و صاف در زیر سقف
3.  انعطاف طرح
4.  استفاده از دال های نازکتر
5.  کنترل تغییر شکل وترک
6.  کاهش ارتفاع طبقات
7.  سازه سبکتر
8.  ساخت سریع
9.  صرفه جویی در هزینه های ساخت
10. انعطاف سازه در آینده

پیش تنیدگی به دو روش در سازه های مختلف انجام می شود:

1. پیش کشیدگی: (Pre-Tensioning) 

در بتن پیش تنیده – پیش کشیده، کابل های پیش تنیدگی قبل از بتن ریزی در قالب ها قرار می گیرند و به وسیله جک، نیروی کششی به آنها وارد می گردد بعد ازآن بتن درون قالب ها ریخته شده و پس از اینکه بتن به مقاومت مشخصی رسید، کابل های پیش تنیدگی از دو انتها بریده می شوند که این موضوع باعث انتقال نیروی کششی کابل ها به بتن به صورت نیروی فشاری به واسطه چسبندگی بتن و فولاد است.

مزیت های  این نوع سقف :

،سرعت اجرای بالانیاز به قالب بندی در کارگاه نیست و در هزینه های مربوط به خرید .قالب و قالب بندی صرفه جویی می شود

پس کشیدگی (Post – Tensioning) :

اعمال نیروی پیش تنیدگی (Jacking) بعد از بتن ریزی انجام می شود.مناسب جهت ساخت اعضای بتنی درجا مانند دال های درجا در ساختمان ها و اعضای پیش ساخته با تیراژ کم یا متوسط می باشد.

ضوابط و الزامات

-1 نظر به اينكه سيستم سقف بتني پيش تنيده پس كشيده عمدتاً بصورت دال تخت كاربرد دارد، لذا بر اساس توصيه بند 5-8-3-2  آئين نامه 2800 ايران،در زمان استفاده از سيستم دال هاي تخت و ستون، ارتفاع  ساختمان به 10 متر يا حداكثر 3 طبقه محدود مي شود. در غير اين صورت استفاده از ديوار هاي برشي بتن آرمه الزامي خواهد بود.

-2 استفاده از اين سيستم با توجه به بند 1 فوق در كليه پهنه هاي لرزه خيزي ايران بلامانع است.

-3 ضوابط طراحي و اجراي سيستم سقف بتني پيش تنيده پس كشيده بايد براساس آئين نامه  ACI 318 آئين نامه طرح و محاسبة قطعات بتن پيش تنيده موضوع نشريه شماره 250سازمان مديريت و برنامه ريزي كشور كه بخش الحاقي آيين نامه بتن ايران )آبا( مي باشد، انجام شود.

 -4 رعايت حداقل ردة بتن مصرفي معادل 30 C در اين سيستم الزامي است

-5 مقاومت گسيختگي تضمين شده، انواع فولاد هاي پيش تنيدگي به شرح زير بايد بين 1200 تا 2200 نيوتن بر ميليمتر مربع باشد:

•  سيم بدون پوشش تنش زدايي شده
•  رشته هفت سيم بدون پوشش تنش زدايي شده يا رشته هايي از آن
•  ميله فولادي پر مقاومت بدون پوشش

-6 محافظت فولاد هاي پيش تنيدگي در برابر زنگ زدگي بسيار حائز اهميت بوده و بايد كابل ها توسط دوغاب سيمان كه بعد از كشيدن كابل ها به داخل غلاف ها تزريق مي شود و يا مواد قيري يا گريس كه روي آن مي مالند از زنگ زدگي محافظت شوند.

-7 براي رسيدن به يك طرح بهينه از لحاظ مقدار مصالح، وزن و هزينه، بايد طراحي و اجراي دال به گونه اي انجام شود كه پيش تنيدگي كامل حاصل گردد و بتوان از كل مقطع در فشار بهره جست.

-8 كنترل نيروي كشش كابلها بايد توسط جكهاي كاليبره شده دقيق انجام شود.

-9 اجراي اين سيستم بايد توسط تيم متخصص آموزش ديده انجام شود و در زمان اجرا نيازمند كنترل كيفبت دقيق ميباشد.

-10 تخريب اين سيستم سقف به دليل وجود ميلگردهاي پيش تنيده بسيار پر خطر بوده و بايد با روش هاي خاص توسط تيم فني آموزش ديده، صورت گيرد.

-11 توجه به مسئله افت در اعضاي پيش تنيده پس كشيده بسيار حائز اهميت بوده و محاسبه و پيش بيني مقدار افت ناشي از موارد زير بايد دقيقاً مورد توجه قرار گيرد:

•  افت نيروي پس كشيدگي به جهت اصطكاك بين كابل و غلاف
•  افت به دليل لغزش مهار انتهايي و فرو رفتن گوه گيرداري در ابتدا و انتهاي كابل
•  افت به جهت شل شدگي فولاد–كهولت كرنش(Relaxation)
•  جمع شدگي بتن يا خزش(Creep)
•  انقباض يا آب رفتگي بتن كه به علت خروج آب از بتن به مرور زمان مي باشد(Shrinkage)
•  افت ناشي از تغيير شكل نسبي الاستيك بتن

-12 استفاده از سيستم سقف دال هاي تخت پيش تنيده پس كشيده، در دهانه هاي بلندتر از 7 متر توجيه اقتصادي دارد.

-13 در استفاده از دالهاي تخت پيش تنيده پس كشيده به لحاظ بزرگ بودن دهانه ها و وجود نيرو هاي ثقلي قابل ملاحظه، در نظر گرفتن تمهيدات لازم به منظور كنترل برش سوراخ كننده (Punch) بسيار حائز اهميت ميباشد.

-14 رعايت الزامات مبحث 19 مقررات ملي ساختمان، جهت صرفه جويي در مصرف انرژي الزامي است.

-15 رعايت مبحث سوم مقررات ملي ساختمان در خصوص حفاظت ساختمان ها در برابر حريق و همچنين الزامات نشريه شماره 444 مركز تحقيقات ساختمان و مسكن مربوط به مقاومت جداره ها در مقابل حريق با در نظر گرفتن تعداد طبقات، ابعاد ساختمان، كاربري و وظيفه عملكردي عنصر ساختماني ضروري است.

-16 صدابندي هوابرد و كوبه اي سقف بين طبقات مي بايست مطابق مبحث هجدهم مقررات ملي ساختمان تامين شود.

کاربردهای مختلف پیش تنیدگی:

پیش تنیدگی در پل:

نياز به اجراي دهانه هاي بزرگ در پل ها، جلوگيري ازلرزش، ترك خوردگي و نفوذ پذيري بتن و همچنين سرعت مناسب اجرا در سيستم هاي پس كشيده مهم ترین علت برای استفاده از این روش در ساخت پل می باشد. با توجه به اینکه یکی از بزرگترین مزیت های استفاده از تکنیک پیش تنیدگی افزایش فاصله ستونها است و این موضوع یکی از اصلی ترین پارامترها در طراحی پل می باشد، فناوری پیش تنیدگی در طرح و ساخت پل ها باعث شده که حدود 70 درصد پل های بتنی به صورت پیش تنیده طراحی و اجرا گردند.

پل های بتنی به 3 روش زیر طراحی و اجرا می گردند:

 دال در درجا  : در این روش کل سطح عرشه قالب بندی می شود و عملیات آرماتوربندی و نصب تاندون ها (کابل های پیش تنیدگی) تقریبا به موازات یکدیگر صورت می پذیرد (در این مرحله بایستی پروفیل کابل ها و نصب گیره های انتهایی با دقت کافی اجرا شود) و بعد از آن بتن ریزی انجام گردد و پس از رسیدن بتن به مقاومت تعیین شده از سوی دستگاه مشاور و نظارت، کشش تاندون ها انجام می شود.

دامنه کاربرد سقف های پس کشیده:

1 – پارکینگ های طبقاتي: از آنجا كه در سيستم دال پس كشيده فاصله ستون ها بطور قابل ملاحظه ای افزايش مي يابد لذا فضاي باز و مفيدي را جهت پارك و جابجايي اتومبيل ها ايجاد مي نمايد.

همچنين با توجه به اينكه در اكثر پاركينگ هاي طبقاتي سقف ها به صورت نمايان (Expose) و بدون سقف كاذب اجرا مي شوند قابليت كاهش نفوذ پذيري و مقاوم شدن بتن در مقابل تهاجم هاي شيمياي در دال هاي پس كشيده نيز ميتواند در انتخاب اين سيستم براي پاركينگ هاي طبقاتي عامل مهمی می باشد.

2 – برج ها وساختمان های مرتفع: با توجه به اينكه استفاده از دال هاي پس كشيده در سازه باعث كاهش ارتفاع طبقه مي گردد ، لذا در يك ارتفاع ثابت قادر خواهیم بود. تعداد طبقات بيشتري را ايجاد نماییم.

3 – ساختمان های تجاری و بیمارستان ها : مزیت هایی از قبيل فاصله زياد ستون ها، سرعت اجرا و كاهش وزن سازه در سيستم دال هاي پس كشيده باعث شده تا اين نوع سيستم گزينه مناسبي براي ساختمان هاي تجاري و بيمارستان ها و… باشد.

5 – انبوه سازی های مسكوني: از آنجا كه در اين نوع مجتمع ها درهرطبقه چندين واحد مسكوني در نظر گرفته شده و طراحي مي گردد لذا فاصله زياد ستون ها شرايط بسيار مناسبي جهت معماري واحدها مهيا مي کند،در بيشتر موارد هر واحد را بدون قرار گيري ستون در داخل آن طراحي می کنند